เครื่องยนต์พันทาง หรือ ไฮบริด (HYBRID) เป็นเทคโนโลยีที่เราเริ่มคุ้นหูกันมากขึ้น

เครื่องยนต์พันทาง หรือ ไฮบริด (HYBRID) เป็นเทคโนโลยีที่เราเริ่มคุ้นหูกันมากขึ้น โดยเฉพาะในรถยนต์... ที่เน้นคำว่าในรถยนต์ เพราะว่าปัจจุบันคำว่า ไฮบริด นั้น ถูกนำมาใช้มากมาย คำนี้เมื่อได้ยินได้ฟังแล้ว จะเข้าใจว่ามันหมายถึง สินค้าชิ้นนั้นใช้พลังงานไม่เปลือง หรือเป็นอุปกรณ์ที่สามารถลดการใช้พลังงานหลักได้ ในรถยนต์ หมายถึง รถที่ขับเคลื่อนได้ด้วยเชื้อเพลิง 2 ชนิดขึ้นไป ไม่ว่าจะเป็นน้ำมันกับพลังงานไฟฟ้า หรือรถใช้แกสกับพลังงานไฟฟ้า ทำไมถึงต้องใช้ไฟฟ้าเข้ามาช่วยเสริม ? ทั้งนี้เนื่องจากเป็นพลังงานที่หาได้จากรอบๆ ตัวเรา พลังงานไฟฟ้า อาจหาได้จากแสงอาทิตย์ ลม น้ำ หรือแม้แต่ปฏิกิริยาทางเคมีก็ตาม แต่เราไม่สามารถนำพลังงานที่กล่าวข้างต้นมาใช้งานได้โดยตรง จะต้องเปลี่ยนรูปแบบของพลังงานนั้นๆ ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าก่อน ทำไมต้อง พันทาง ? เพื่อใช้พลังงานให้คุ้มค่า เป็นที่รู้กันดีว่า น้ำมันนั้นเริ่มหายาก ราคาก็แพงขึ้น ที่สำคัญ เมื่อเกิดการเผาไหม้แล้ว จะก่อให้เกิดมลพิษตามมา แต่เรายังไม่สามารถเปลี่ยนไปใช้กับการขับเคลื่อนด้วยพลังงานอย่างอื่นได้เต็ม 100 % เนื่องจากยังต้องรอการพัฒนาอีกมาก เมื่อรถพันทางพัฒนามาจนถึงปัจจุบัน เราจะเห็นได้ชัดว่าอุปกรณ์หลายๆ อย่าง เปลี่ยนมาขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า เช่น ระบบปรับอากาศ โดยทำให้จังหวะรอบเดินเบา เช่น กรณีรถติดอยู่กับที่ สามารถหยุดการทำงานของเครื่องยนต์ได้เลย แล้วเปลี่ยนมาใช้พลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้าแทน ช่วยลดการสูญเสียพลังงาน และเชื้อเพลิงที่จะเผาทิ้งไปเฉยๆ แต่ระบบปรับอากาศ ยังคงทำงานได้เหมือนเดิม จนกว่าพลังไฟสำรองในแบทเตอรีเริ่มต่ำลง ระบบจะสตาร์ทเครื่องยนต์ให้โดยอัตโนมัติเพื่อชาร์จไฟไปยังแบทเตอรี และจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ถือว่าเป็นการลดการใช้เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพ นำพลังงานที่สูญไป กลับมาใช้ใหม่ พลังงานจะมีการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบต่างๆ แต่จะไม่สูญหายไปไหน ทำให้วิศวกรต่างพยายามใช้พลังงานให้คุ้มค่าที่สุด และนำพลังงานที่จะต้องสูญเสียไป กลับมาใช้งานใหม่ได้ พลังงานไฟฟ้าเมื่อถูกส่งไปยังมอเตอร์จะเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานกล ในจังหวะที่เบรค หรือชะลอรถ พลังงานกลจะสูญเสียไปในรูปแบบความร้อนตามวัฏจักรของพลังงาน ระบบนี้จะนำพลังงานที่สูญเสียไปโดยเปล่าประโยชน์กลับมาใช้ใหม่ คือ จังหวะที่เราชะลอรถ หรือเบรค มอเตอร์ไฟฟ้าจะเปลี่ยนสถานะเป็นเจเนอเรเตอร์ ทำหน้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าเข้าไปชาร์จเก็บไว้ในแบทเตอรี และจะเป็นอย่างนี้ตลอดระยะเวลาในการขับขี่ เป็นการนำพลังงานที่ต้องสูญเสียไป มาทำให้เกิดประโยชน์อย่างคุ้มค่าสูงสุด จะเอาสมรรถนะ หรือประหยัด ย่อมได้ เมื่อเรานำมอเตอร์ไฟฟ้ามาช่วยเสริมแรงบิดในการขับเคลื่อน จะทำให้เครื่องยนต์ทำงานน้อยลง ในจังหวะที่เราต้องการแรงบิดมากๆ เช่น ตอนออกตัวหรือเร่งแซง เพราะฉะนั้นตลอดระยะเวลาในการขับขี่สมรรถนะด้านต่างๆ จะคงเดิม แต่ลดการใช้เชื้อเพลิง และลดการปล่อยมลพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบการจัดการที่ชาญฉลาด ช่วยให้รถมีประสิทธิภาพโดยรวมสูงสุด ดังนั้นจึงสามารถเลือกรูปแบบการขับเคลื่อนได้ ว่าจะเน้นสมรรถนะหรือความประหยัด ถ้าต้องการรถที่มีสมรรถนะดีไม่แตกต่างจากการใช้เครื่องยนต์เพียวๆ เป็นต้นกำลัง เราสามารถเลือกเครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะดี แล้วใช้มอเตอร์ไฟฟ้าช่วยในจังหวะรอบต่ำ ถึงรอบปานกลาง เพื่อให้ได้สมรรถนะที่ดีเหมือนเดิม ถ้าต้องการเน้นความประหยัด ก็สามารถเลือกใช้เครื่องยนต์ที่มีความจุต่ำลง แล้วใช้มอเตอร์ที่มีแรงบิดสูง ขึ้นมาช่วยทำงาน เพื่อลดภาระของเครื่องยนต์ เป็นจุดเด่นที่ทำให้ทีมวิศวกรสามารถออกแบบรถยนต์ พัฒนาได้ตรงตามความต้องการของลูกค้าได้ ช่วยลดมลพิษ มันสามารถลดมลภาวะด้านต่างๆ ได้มาก เริ่มจากมลภาวะทางเสียง เนื่องจากในจังหวะที่มอเตอร์ทำงานเพียงอย่างเดียว จะเกิดมลพิษทางเสียงต่ำมากๆ เพราะเครื่องยนต์ไม่ได้ทำงานเลย และแม้ว่าเครื่องยนต์ทำงาน เสียงรบกวนที่เกิดขึ้นก็ต่ำ เพราะรอบการทำงานของเครื่องยนต์จะต่ำกว่ารถที่ใช้เครื่องยนต์ปกติ เนื่องจากมีมอเตอร์ไฟฟ้ามาช่วยเสริมแรงบิด จึงไม่จำเป็นต้องเร่งรอบเครื่องยนต์มากนัก เสียงการทำงานก็จะลดลงด้วย การลดมลพิษที่เห็นชัดอีกด้าน คือ มลพิษจากการเผาไหม้ที่ต่ำลงมาก ทั้งจากการออกแบบเครื่องยนต์ และการใช้เชื้อเพลิงน้อยลง ถ้าย้อนกลับไปยังรถพันทางยุคแรกๆ เราจะเห็นถึงการพัฒนาที่เกิดขึ้นชัดเจน เริ่มจากมอเตอร์ขับเคลื่อนในรถยุคใหม่ที่มีขนาดเล็กลง แต่แรงบิดเพิ่มขึ้นมาก เจเนอเรเตอร์ที่มีหน้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าก็เช่นกัน มีขนาดเล็กลง และผลิตกระแสไฟฟ้าได้สูงขึ้น ต่อมาเป็นเรื่องของแบทเตอรี อันนี้จะเห็นได้ชัดเจนว่ามีขนาดเล็กลงมาก มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน และเก็บประจุได้มากขึ้น ประเภทของรถพันทาง การแบ่งประเภทในยุคก่อน ปัจจุบันนี้ เราจะได้ยินการเรียกรถพันทาง ของแต่ละค่ายแปลกไปมากขึ้น ยิ่งทำให้เกิดความสับสนว่า แต่ละยี่ห้อแต่ละแบบ ทำไมเรียกไม่เหมือนกัน ทั้งที่มันก็เหมือนกับรูปแบบของตัวรถที่บางค่ายก็พยายามเรียกชื่อใหม่ๆ เพื่อต้องการให้ผู้คนรู้ว่าเขาเป็นคนคิดค้น หรือต้องการให้รู้ว่าเป็นรถยนต์ของยี่ห้อใด ระบบพันทางมีอยู่ด้วยกัน 2 ประเภท คือ ระบบพันทางแบบอนุกรม กับ ระบบพันทางแบบคู่ขนาน ซึ่งทั้ง 2 แบบ มีความแตกต่างกันอย่างไร เรามาดูกัน ระบบพันทางแบบอนุกรม (SERIES HYBRID) ระบบนี้เครื่องยนต์ไม่ได้มีหน้าที่ขับเคลื่อนล้อโดยตรง แต่เครื่องยนต์มีหน้าที่เพียงแค่ปั่นไฟ พูดง่ายๆ คือ มีหน้าที่ไปหมุนเจเนอเรเตอร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า จากนั้นมอเตอร์ไฟฟ้า จะใช้กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้นี้ส่งกำลังไปที่ล้อ ที่เรียกว่าแบบอนุกรม เพราะกำลังขับเคลื่อนที่จ่ายไปที่ล้อนั้น จะจ่ายไปตามกำลังเครื่องยนต์ และกำลังของมอเตอร์ตามลำดับ โดยผลิตไฟฟ้า และจ่ายไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า อีกทั้งยังช่วยชาร์จไฟแบทเตอรีด้วย ระบบแบบอนุกรมนี้ มักใช้ในรถขนาดเล็ก สามารถใช้เครื่องยนต์ความจุน้อยๆ ได้ ซึ่งทำให้ความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำลง และเครื่องยนต์ทำงานค่อนข้างคงที่ เมื่อใช้ความเร็วต่ำถึงปานกลาง เหมาะกับการใช้งานในเมืองที่มีการจราจรหนาแน่น บางค่ายใช้เครื่องยนต์เบนซินขนาดเล็กร่วมกับ แอลพีจี แทนน้ำมันเบนซินก็มี ระบบไฮบริดแบบขนาน (PARALLEL HYBRID) ระบบนี้คนบ้านเราจะคุ้นเคยกันมากกว่า เพราะใช้ทั้งเครื่องยนต์ และมอเตอร์ไฟฟ้าในการขับเคลื่อน โดยมอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานเพื่อเสริมแรงบิด ช่วยลดภาระการทำงานของเครื่องยนต์ลง ระบบนี้เครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าจะขับเคลื่อนล้อไปพร้อมๆ กัน พลังขับเคลื่อนที่ได้จากแหล่งพลังงาน 2 ชนิดนี้ จะช่วยลดภาระการทำงานของเครื่องยนต์ลงได้มาก สามารถใช้ได้ในสภาวการณ์ต่างๆ ที่เป็นอยู่ได้อย่างดี และที่เรียกระบบนี้ว่า ระบบพันทางแบบคู่ขนาน ก็เพราะว่ากำลังที่ส่งไปยังล้อนั้นถูกส่งไปพร้อมๆ กัน เป็นคู่ขนานนั่นเอง ระบบนี้เหมาะกับรถขนาดกลางขึ้นไป ที่มีน้ำหนักตัวมากหน่อย การให้เครื่องยนต์ทำงานก่อน แล้วใช้มอเตอร์ช่วยเสริม ทำให้ไม่ต้องใช้มอเตอร์ตัวใหญ่นัก แต่ก็มีกำลังพอที่จะช่วยลดการทำงานของเครื่องยนต์ได้ในระดับที่น่าพอใจ แต่นั่นเป็นการแบ่งประเภท และเรียกกันในยุคเริ่มต้น จนถึงไม่นานมานี้ ปัจจุบันเริ่มไม่ค่อยเรียกการแบ่งประเภทแบบนี้แล้ว เพราะเทคโนโลยีมีการพัฒนาไปมาก และการทำงานของระบบเองมีการผสมผสานกันมากขึ้น อย่างเช่น ค่าย โตโยตา ก็เรียกระบบขับเคลื่อนของ แคมรี ไฮบริด ว่า ระบบไฮบริดแบบอนุกรม/ขนาน (SERIES/PARALLEL HYBRID) เข้าให้แล้ว นั่นเป็นเพราะว่าในการทำงานจริงนั้น ย่านความเร็วต่ำ เช่น 0-30 กม./ชม. สามารถขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าได้เพียงอย่างเดียว มันก็เข้าข่ายการทำงานของแบบอนุกรม คือ เครื่องยนต์มีหน้าที่แค่ปั่นไฟอย่างเดียว จนกว่าจะมีการเพิ่มความเร็ว เพื่อการเร่งแซง หรืออะไรก็แล้วแต่ เครื่องยนต์ และมอเตอร์ไฟฟ้าก็จะทำงานร่วมกัน มันก็เข้าแบบขนาน นั่นเป็นการรวมเอาข้อดีของ 2 ระบบข้างต้น มารวมไว้ด้วยกัน เนื่องจากเทคโนโลยีต่างๆ มีการพัฒนาก้าวหน้าไปมาก ทั้งมอเตอร์ และแบทเตอรี ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ทำให้ระบบนี้สามารถนำมาใช้งานในรถที่มีขนาดใหญ่ขึ้นได้สบายๆ ระบบนี้รวมเอาระบบแบบอนุกรม และแบบขนานไว้ด้วยกัน เพื่อใช้ประโยชน์จากทั้ง 2 ระบบให้ได้มากที่สุด การเรียกชื่อให้แตกต่างไปจากเดิม ก็เหมือนเครื่องหมายทางการตลาด ที่จะทำให้ผู้คนจดจำว่ารถของตนเองนั้นมีความพิเศษอย่างไร การแบ่งประเภทในยุคปัจจุบัน หลายๆ คนอาจจะได้ยินคำว่า FULL HYBRID กับคำว่า MILD HYBRID กันมาบ้างแล้วละสิ FULL HYBRID ปัจจุบันจะเรียกในรถที่สามารถขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว โดยเครื่องยนต์ไม่ต้องทำงานช่วยเลย จนกว่าแบทเตอรีจะเริ่มมีประจุไฟน้อยลง มันก็เข้าข่ายระบบ SERIES/PARALLEL HYBRID ที่เขียนถึงข้างต้นนั่นเอง FULL HYBRID นั้นมอเตอร์ไฟฟ้าที่นำมาใช้จะมีประสิทธิภาพสูง มีแรงบิดมากพอที่จะออกตัวได้ในโหมดของมอเตอร์เพียงอย่างเดียว รถที่เรียกตัวเองแบบนี้ มอเตอร์ไฟฟ้าจะมีกำลังวัตต์สูง และมีแบทเตอรีขนาดใหญ่ที่สามารถเก็บประจุได้เพียงพอ MILD HYBRID ถูกเรียกกับรถที่ต้องใช้มอเตอร์ไฟฟ้า และเครื่องยนต์ช่วยกันออกตัว พูดให้เข้าใจง่ายๆ ว่าออกตัวด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างเดียวไม่ได้ ต้องใช้กำลังจากเครื่องยนต์ช่วย รถกลุ่มนี้เป็นรถที่มอเตอร์ไฟฟ้ามีกำลังวัตต์ต่ำ รวมถึงมีแบทเตอรีขนาดไม่ใหญ่มากครับ